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Ausgabe 01/2000 |
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Ausgabe 01/2000
Methanhydrat
Geballte Energie im Käfig
Die schneeartige Masse, die Wissenschaftler an Bord
des Forschungsschiffes "FS Sonne" hieven, ist brennbar und löst sich
binnen Minuten buchstäblich in Luft auf. Der Untersuchungsgegenstand
des GEOMAR Forschungszentrums für
Marine Geowissenschaften in Kiel ist Methanhydrat: Käfige aus
Wassermolekülen bergen im Inneren frei bewegliches Methan.
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Brennendes Methanhydrat
QuickTime Movie (2.58 MB)
(Quelle: Marine Geology Department Geological
Survey, Japan) |
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Struktur und Vorkommen der Methanhydrate
Drei Formen von Hydraten wurden bisher in der Natur
gefunden, die sich in der Form des Wasser-Käfigs unterscheiden. Je nach Käfig-Größe
können neben Methan auch höhere Kohlenwasserstoffe in Hydraten
eingelagert werden. Bei Null Grad Celsius und Atmosphärendruck gefriert
Wasser zu Eis. Genauso bildet sich bei bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen
Methanhydrat aus Methan und Wasser. Die erforderliche Temperatur liegt bei Null Grad Celsius, der nötige Druck wird in Meerestiefen ab etwa 200 Metern oder unter einer 200 Meter dicken
Permafrostschicht erreicht. Methanhydrate finden sich demzufolge im Permafrostboden
oder an Kontinentalhängen im Meer. Neben den
physikalischen Größen spielen für die Bildung der Hydrate eine Vielzahl weiterer Umweltbedingungen,
etwa der Salzgehalt des Wassers, eine
Rolle. Die festen Methanhydrate verbrennen mit Luftsauerstoff
wie freies Methan mit blauer Flamme zu Kohlendioxid und Wasser.
Bildung von Methanhydraten
In den ersten Sedimentschichten bildet sich Methan
durch Verstoffwechselung organischen Materials durch Bakterien. Im Zusammenhang
mit Methanhydrat-Forschungen wurde im Golf von Mexiko sogar eine neue
Art entdeckt: Der Ringelwurm Hesiocaeca methanicola ernährt sich in 700 Metern Tiefe
von dem durch Bakterien hergestellten Methan. Die durch biogene Bildung
entstandenen Methanhydrat-Vorkommen treten flächig und mit niedriger
Konzentration auf.
Hinzu kommt die thermische Bildung von Methanhydraten: Methan oder andere Kohlenwasserstoffe entweichen aus
bestehenden Hydrat-Lagerstätten, zum Beispiel durch Temperaturerhöhung,
und treten am Meeresboden aus, auf dem sie wieder zu Hydraten kristallisieren.
Die thermische Bildung führt zu Lagerstätten mit hohen lokalen
Hydrat-Konzentrationen.
Umweltaspekte
Der weltweite Bedarf an Energieträgern wird
zu fast neunzig Prozent von Kohlenwasserstoffen abgedeckt, durch Öl, Gas und Kohle. Nach Prognosen werden, in Anbetracht des steigenden
weltweiten Verbrauches, die Lagerstätten von Gas und Kohle in hundert-
bis zweihundert Jahren, die von Öl bereits in fünfzig Jahren
erschöpft sein. Wie zuverlässig solche Szenarien sind, bleibt abzuwarten. Vor diesem Hintergrund erscheint die
Suche nach neuen Energiequellen jedoch sinnvoll.
Ganz ohne Risiko wäre die
Ausbeute der Methanhydrat-Lagerstätten nach heutiger Kenntnis
allerdings nicht. Die Zersetzung großer Mengen Methanhydrat könnte zum Abrutschen
von Erdmassen und damit zu immensen Flutwellen führen. Die explosionsartige
Reaktion beim Übergang von festem zu gasförmigem Methan rührt
von einer annähernd 200fachen Volumenvergrößerung her.
Methanhydrate werden daher immer häufiger für submarine Rutschungen
verantwortlich gemacht und auch für das Verschwinden von Schiffen
im Bermuda-Dreieck könnten Methanhydrat-Freisetzungen die Ursache
sein.
Zudem ist das Methan, das aus sich zersetzenden Gashydraten freigesetzt wird, ein klimaschädliches Gas: Pro Molekül erzeugt es einen fast 30mal stärkeren Treibhauseffekt als Kohlendioxid. Einmal in die Atmosphäre gelangt, ist Methan dort ungefähr
zehn Jahre stabil und reagiert dann zu Kohlendioxid und Wasser ab (siehe Grafik).
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Die Verstärkung des Treibhauseffekts durch Methan und Kohlendioxid
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Methanhydrate als Energieträger
Die Wissenschaftler von GEOMAR, unter ihnen der geschäftsführende
Direktor Prof. Dr. Erwin Suess, äußern sich daher zurückhaltend,
wenn die Ausbeutung der Methanhydrat-Vorkommen zur Energiegewinnung angesprochen
wird.
Ansporn für Visionen gibt es jedoch genug: Allein vor der Südostküste
der USA ist ein 26.000 Quadratkilometer großes Methanhydrat-Feld entdeckt worden,
in dem Kohlenstoff in einer Menge lagert, die, gemessen am Erdgasverbrauch
der USA im Jahr 1996, für dieses Land rund hundert Jahre lang ausreichen würde.
Der weltweit zweitgrößte Energieverbraucher, Japan, der zudem
von Energie-Importen abhängig ist, startete im Januar diesen Jahres
ein Projekt zur kommerziellen Nutzung von Methanhydraten. Auch die USA
haben die in den achtziger Jahren eingestellte Forschung auf diesem Gebiet
wiederbelebt. In Projekten zusammen mit Japan und Indien soll bis 2015
die notwendige Technik erarbeitet sein. Die Forschungsarbeiten schließen
die Beurteilung der Klimaveränderung durch diese neue Energiequelle
und die Abschätzung der Meeresboden-Stabilität mit ein.
Als 1811 der Physiker Sir Humphrey Davy das erste Gashydrat synthetisch
herstellte, galt die Verbindung als reine Kuriosität. Ernst genommen
wird, im Lichte der drohenden Energieverknappung, mittlerweile jedoch jeder potentielle
Energieträger.
pen
Weiterführende Literatur:
Erwin Suess, Gerhard Bohrmann, Jens Greinert, Erwin
Lausch:
"Brennendes Eis", Spektrum der Wissenschaft, Juni 1999.
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